27、继承与派生

一 继承介绍

继承是一种创建新类的方式,在Python中,新建的类可以继承一个或多个父类,新建的类可称为子类或派生类,父类又可称为基类或超类

class ParentClass1: #定义父类
    pass

class ParentClass2: #定义父类
    pass

class SubClass1(ParentClass1): #单继承
    pass

class SubClass2(ParentClass1,ParentClass2): #多继承
    pass

通过类的内置属性 __ bases __ 可以查看类继承的所有父类

>>> SubClass2.__bases__
(<class '__main__.ParentClass1'>, <class '__main__.ParentClass2'>)

在Python2中有经典类与新式类之分,没有显式地继承object类的类,以及该类的子类,都是经典类,显式地继承object的类,以及该类的子类,都是新式类。而在Python3中,即使没有显式地继承object,也会默认继承该类,如下

>>> ParentClass1.__bases__
(<class ‘object'>,)
>>> ParentClass2.__bases__
(<class 'object'>,)

因而在Python3中统一都是新式类,关于经典类与新式类的区别,我们稍后讨论

提示:object类提供了一些常用内置方法的实现,如用来在打印对象时返回字符串的内置方法__str__

二 继承与抽象

要找出类与类之间的继承关系,需要先抽象,再继承。抽象即总结相似之处,总结对象之间的相似之处得到类,总结类与类之间的相似之处就可以得到父类,如下图所示

抽象

基于抽象的结果,我们就找到了继承关系

继承

基于上图我们可以看出类与类之间的继承指的是什么’是’什么的关系(比如人类,猪类,猴类都是动物类)。子类可以继承/遗传父类所有的属性,因而继承可以用来解决类与类之间的代码重用性问题。比如我们按照定义Student类的方式再定义一个Teacher类

class Teacher:
    school='清华大学'
    
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age
    
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)

类Teacher与Student之间存在重复的代码,老师与学生都是人类,所以我们可以得出如下继承关系,实现代码重用

class People:
    school='清华大学'
    
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age
    
class Student(People):
    def choose(self):
        print('%s is choosing a course' %self.name)

class Teacher(People):
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)

Teacher类内并没有定义 __ init __ 方法,但是会从父类中找到 __ init __ ,因而仍然可以正常实例化,如下

>>> teacher1=Teacher('lili','male',18)
>>> teacher1.school,teacher1.name,teacher1.sex,teacher1.age
('清华大学', 'lili', 'male', 18)

三 属性查找

有了继承关系,对象在查找属性时,先从对象自己的 __ dict __ 中找,如果没有则去子类中找,然后再去父类中找……

>>> class Foo:
...     def f1(self):
...         print('Foo.f1')
...     def f2(self):
...         print('Foo.f2')
...         self.f1()
... 
>>> class Bar(Foo):
...     def f1(self):
...         print('Foo.f1')
... 
>>> b=Bar()
>>> b.f2()
Foo.f2
Foo.f1

b.f2()会在父类Foo中找到f2,先打印Foo.f2,然后执行到self.f1(),即b.f1(),仍会按照:对象本身->类Bar->父类Foo的顺序依次找下去,在类Bar中找到f1,因而打印结果为Foo.f1

父类如果不想让子类覆盖自己的方法,可以采用双下划线开头的方式将方法设置为私有的

>>> class Foo:
...     def __f1(self): # 变形为_Foo__fa
...         print('Foo.f1') 
...     def f2(self):
...         print('Foo.f2')
...         self.__f1() # 变形为self._Foo__fa,因而只会调用自己所在的类中的方法
... 
>>> class Bar(Foo):
...     def __f1(self): # 变形为_Bar__f1
...         print('Foo.f1')
... 
>>> 
>>> b=Bar()
>>> b.f2() #在父类中找到f2方法,进而调用b._Foo__f1()方法,同样是在父类中找到该方法
Foo.f2
Foo.f1

四 继承的实现原理

对于你定义的每一个类,Python都会计算出一个方法解析顺序(MRO)列表,该MRO列表就是一个简单的所有基类的线性顺序列表,如下

>>> F.mro() # 新式类内置了mro方法可以查看线性列表的内容,经典类没有该内置该方法
[<class '__main__.F'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, 
<class '__main__.E'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class ‘object’>]

MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的,我们无需深究该算法的数学原理,它实际上就是合并所有父类的MRO列表,且在查找属性时,Python会基于MRO列表按照从左到右的顺序依次查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。

在Python中子类可以同时继承多个父类,在子类继承了多个父类时,经典类与新式类会有不同MRO,分别对应属性的两种查找方式:深度优先和广度优先

经典类的深度优先查找

新式类的广度优先查找

五 派生与方法重用

子类可以派生出自己新的属性,在进行属性查找时,子类中的属性名会优先于父类被查找,例如每个老师还有职称这一属性,我们就需要在Teacher类中定义该类自己的 __ init __ 覆盖父类的

>>> class People:
...     school='清华大学'
...     
...     def __init__(self,name,sex,age):
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
... 
>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title): # 派生
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 
>>> obj=Teacher('lili','female',28,'高级讲师') #只会找自己类中的__init__,并不会自动调用父类的
>>> obj.name,obj.sex,obj.age,obj.title
('lili', 'female', 28, '高级讲师')

很明显子类Teacher中 __ init __ 内的前三行又是在写重复代码,若想在子类派生出的方法内重用父类的功能,有两种实现方式

方法一:“指名道姓”地调用某一个类的函数

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         People.__init__(self,name,age,sex) #调用的是函数,因而需要传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 

方法二:super()

调用super()会得到一个特殊的对象,该对象专门用来引用父类的属性,且严格按照MRO规定的顺序向后查找

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         super().__init__(name,age,sex) #调用的是绑定方法,自动传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 

提示:在Python2中super的使用需要完整地写成super(自己的类名,self) ,而在python3中可以简写为super()。

这两种方式的区别是:方式一是跟继承没有关系的,而方式二的super()是依赖于继承的,并且即使没有直接继承关系,super()仍然会按照MRO继续往后查找

>>> #A没有继承B
... class A:
...     def test(self):
...         super().test()
... 
>>> class B:
...     def test(self):
...         print('from B')
... 
>>> class C(A,B):
...     pass
... 
>>> c=C() # C.mro()结果为 [<class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>,<class ‘object'>]
>>> c.test()
from B

c.test()首先找到A下的test方法,执行super().test()会基于MRO列表当前所处的位置继续往后查找,然后在B中找到了test方法并执行。

关于在子类中重用父类功能的这两种方式,使用任何一种都可以,但是在最新的代码中还是推荐使用super()

六 组合

在一个类中以另外一个类的对象作为数据属性,称为类的组合。组合与继承都是用来解决代码的重用性问题。不同的是:继承是一种“是”的关系,比如老师是人、学生是人,当类之间有很多相同的之处,应该使用继承;而组合则是一种“有”的关系,比如老师有生日,老师有多门课程,当类之间有显著不同,并且较小的类是较大的类所需要的组件时,应该使用组合,如下示例

class Course:
    def __init__(self,name,period,price):
        self.name=name
        self.period=period
        self.price=price
    def tell_info(self):
        print('<%s %s %s>' %(self.name,self.period,self.price))

class Date:
    def __init__(self,year,mon,day):
        self.year=year
        self.mon=mon
        self.day=day
    def tell_birth(self):
       print('<%s-%s-%s>' %(self.year,self.mon,self.day))

class People:
    school='清华大学'
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age

#Teacher类基于继承来重用People的代码,基于组合来重用Date类和Course类的代码
class Teacher(People): #老师是人
    def __init__(self,name,sex,age,title,year,mon,day):
        super().__init__(name,age,sex)
        self.birth=Date(year,mon,day) #老师有生日
        self.courses=[] #老师有课程,可以在实例化后,往该列表中添加Course类的对象
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)


python=Course('python','3mons',3000.0)
linux=Course('linux','5mons',5000.0)
teacher1=Teacher('lili','female',28,'博士生导师',1990,3,23)

# teacher1有两门课程
teacher1.courses.append(python)
teacher1.courses.append(linux)

# 重用Date类的功能
teacher1.birth.tell_birth()

# 重用Course类的功能
for obj in teacher1.courses: 
    obj.tell_info()

此时对象teacher1集对象独有的属性、Teacher类中的内容、Course类中的内容于一身(都可以访问到),是一个高度整合的产物

知识补充

多继承到底要不用???

要用,但是规避几点问题

1、继承结构尽量不要过于复杂

2、推荐使用mixins机制:在多继承的背景下满足继承的什么"是"什么的关系

多继承的正确打开方式:mixins机制

一、什么是 mixin

Mixin本意是混入,程序中用来将不同功能(functionality)组合起来,从而为类提供多种特性。而虽然继承(inheritance)也可以实现多种功能,但继承一般 有从属关系,即子类通常是父类更加具体的类。而 mixin 则更多的是功能上的 组合,因而相当于是接口(带实现的接口)。

好比是联想电脑与电脑之间是继承关系,因而联想电脑具备电脑的各种功能;而 联想电脑与键盘之间则是 mixin 关系,同样也具备键盘的各种功能。

一般编程语言都不允许多重继承,主要是为了避免菱形问题,即两个父 类如果有共同的祖父类,但对祖父类相同部分做了不同的修改,则这个类再继承 两个父类就会产生冲突。

类似于 git 版本控制中,如果两个人对同一段代码做了不同的修改,则合并时 就需要手动解决冲突。编程语言如果碰到 diamond problem 时依赖程序员决定 用哪个父类的特性,就会变得非常复杂而且容易产生歧义。

从上面分析可以看出其实单从功能上来说,完全可以用 mixin 取代继承,从而 可以不要类这个概念。最近几年新出的编程语言 Rust 和Go里面就没有类 (class)以及继承,但并不影响代码复用,它们也正是利用 mixin 这种机制实现 的代码复用,例如 Rust 中用特征(Trait)取代了类和接口。

两种观点其实是两种不同的世界观,目前类与继承的概念则更为流行,而且符合 人们对事物的认知:人们对白猫、黑猫、花猫观察后更容易抽象出猫的概念,而 不是将这些事物作为无规律的组合去看待。

二、Python 中的 mixin

理解了 mixin 概念之后,再将其运用到 Python 中,理解(形式上)多重继承就会容易许多。python 对于 mixin 命名方式一般以 MixIn, able, ible 为后缀

由于 mixin 是组合,因而是做加法,为已有的类添加新功能,而不像继承一样下一级会覆盖上一级相同的属性或方法,但在某些方面仍然表现得与继承一样, 例如类的实例也是每个 mixin 的实例。mixin 使用不当会导致类的命名空间污染,所以要尽量避免 mixin 中定义相同方法,对于相同的方法,有时很难区分实例到底使用的是哪个方法。

class Vehicle:
    pass

class FlyableMixin:
    def fly(self):
        pass

class CivilAircraft(FlyableMixin,Vehicle):  # 民航飞机
    pass

class Helicopter(FlyableMixin,Vehicle):  # 直升飞机
    pass

class Car(Vehicle):  # 汽车并不会飞,但按照上述继承关系,汽车也能飞了
    pass

总结:

mixins机制核心:就是在多继承背景下尽可能地提升多继承的可读性,让多继承满足人的思维习惯 =》什么"是"什么。

原文地址:https://www.cnblogs.com/amgulen/p/13953134.html